[논문 리뷰] A secured Cryptographic Hashing Algorithm

Rakesh Mohanty, Niharjyoti Sarangi외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 03. 30.

Chaos-based Image/Signal Encryption참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 MD5보다 보안성과 무작위성을 향상시킨 새로운 암호학적 해시 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 128비트 패딩 메시지 블록을 처리하며, 블록당 의사난수 키를 사용하고 비트 연산을 수행하여 고정 길이의 해시를 생성한다. 이는 충돌 및 침입 공격에 저항하며, 실험 결과 MD5보다 향상된 강건성을 보여준다.

ABSTRACT

Cryptographic hash functions for calculating the message digest of a message has been in practical use as an effective measure to maintain message integrity since a few decades. This message digest is unique, irreversible and avoids all types of collisions for any given input string. The message digest calculated from this algorithm is propagated in the communication medium along with the original message from the sender side and on the receiver side integrity of the message can be verified by recalculating the message digest of the received message and comparing the two digest values. In this paper we have designed and developed a new algorithm for calculating the message digest of any message and implemented t using a high level programming language. An experimental analysis and comparison with the existing MD5 hashing algorithm, which is predominantly being used as a cryptographic hashing tool, shows this algorithm to provide more randomness and greater strength from intrusion attacks. In this algorithm the plaintext message string is converted into binary string and fragmented into blocks of 128 bits after being padded with user defined padding bits. Then using a pseudo random number generator a key is generated for each block and operated with the respective block by a bitwise operator. This process is terated for the whole message and finally a fixed length message digest is obtained.

연구 동기 및 목표

• 기존 알고리즘인 MD5와 같은 알고리즘보다 더 안전하고 충돌에 강한 암호학적 해시 함수를 설계하기.
• 메시지 블록당 동적 키 생성을 통해 침입 및 암호해석 공격에 대한 저항성을 향상시키기.
• 고유하고 역행 불가능하며 고정 길이의 메시지 해시를 생성하여 메시지 무결성 보장하기.
• 고수준 프로그래밍 언어를 사용하여 알고리즘을 구현하고 실험적으로 평가하기.
• 광범위하게 사용되는 MD5 알고리즘과 비교해 더 뛰어난 무작위성과 강도를 보여주기.

제안 방법

• 입력 메시지가 이진 문자열로 변환되고, 사용자가 정의한 패딩 비트로 패딩되어 128비트 블록을 형성한다.
• 각 128비트 메시지 블록당 고유한 키를 생성하기 위해 의사난수 생성기를 사용한다.
• 각 블록이 해당 키와 비트 연산을 통해 조합되어 중간 값이 생성된다.
• 모든 메시지 블록을 거쳐가는 과정에서, 이전 블록의 출력 결과가 다음 블록에 영향을 주는 체이닝 메커니즘을 통해 영향을 미친다.
• 최종 출력은 마지막 블록의 처리된 값에서 유도된 고정 길이의 메시지 해시이다.
• 실험적 평가 및 MD5와의 비교를 위해 고수준 프로그래밍 언어로 알고리즘을 구현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MD5보다 충돌 및 충돌 기반 공격에 더 강한 새로운 암호학적 해시 알고리즘을 설계할 수 있는가?
• RQ2 블록당 의사난수 키 사용이 해시 출력의 무작위성과 보안성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 암호학적 강도와 무결성 검증 측면에서 제안된 알고리즘이 MD5를 얼마나 뛰어나게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 사용자 정의 패딩과 비트 연산의 통합이 메시지 해시의 예측 불가능성을 향상시키는가?
• RQ5 암호해석 기법에 대한 저항성을 향상시키면서도, 역행 불가능성과 고유성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 실험 분석을 통해 제안된 알고리즘이 MD5보다 생성된 메시지 해시에서 더 높은 무작위성을 보여주었다.
• 블록당 의사난수 키 사용으로 동적 키 생성이 도입되어 예측 가능성이 감소하여 보안성이 향상되었다.
• 사용자 정의 패딩과 비트 연산의 조합으로 인해 침입 공격에 대한 저항성이 향상되었다.
• 메시지 해시는 고유하고 역행 불가능하여 핵심 암호학적 해시 함수 성질을 충족시켰다.
• 실험 결과, 알고리즘이 암호학적 강도와 충돌 저항성 측면에서 MD5를 뛰어넘는 것으로 확인되었다.
• 반복적 처리를 통해 고정 길이의 최종 해시가 생성되어 통신 채널 간 일관성과 무결성 검증을 보장한다.